Deciphering the Contribution of RhoGTPases Dependent Signaling Pathways to the Collective Invasion of Colorectal Carcinoma
Etude de la contribution des voies de signalisation dépendantes des RhoGTPases à l'invasion collective des carcinomes colorectaux
Résumé
Metastatic progression of cancer is responsible for 90% of the disease related death. It is a multi-step process which is initiated by invasion of the peritumoral stroma by cancer cells and which leads to the dissemination of cancer cells in the organism.My PhD work aimed at identifying the molecular and cellular process driving colorectal carcinoma (CRC) invasion, which is the 2nd most frequent cancer worldwide. Our analysis of live and human primary cancer specimen revealed that CRC cells used a collective mode of invasion to disseminate, in which cells retain an epithelium specific -glandular architecture. To investigate the signaling pathways regulating this mode of invasion, we used 3D organotypic models recapitulating the features of CRC glands (Caco-2 cysts and Patient derived Xenografts (PDX) tumoroids) in collagen-I based organotypic invasion assays and in microscopy-based analyses. Because of its central role in the regulation of cell motility, we postulated that RhoGTPases signaling pathways could control the collective of CRC. In a siRNA based- screen targeting all the known effectors of RhoGTPases we found that only ROCK kinases downregulation induced collective invasion in our experimental settings. We demonstrated that ROCK2 but not ROCK1 inhibition was sufficient to promote Leader cell formation, which induced the leader/follower polarization necessary for collective invasion. Our results revealed that ROCK2 inhibition triggered collective invasion through the concomitant inhibition of MyosinII and activation of the guanine nucleotide exchange factor (GEF) FARP2 and the RhoGTPase RAC1. We therefore identify FARP2 as a new effector of ROCK2 and a mediator of the RhoA-RAC1 crosstalk in the regulation of collective invasion. In conclusion our study proposes a new ROCK dependent-signaling pathway in the regulation of collective invasion of highly polarized CRC glands models. Importantly, we found ROCK2 to be an anti-invasive protein which is in contradiction with its described pro-invasive role in single cell invasion. This suggests distinct roles of ROCK which may depend on the mode of invasion adopted by the cells and questions the benefice of proposed ROCK inhibition strategies to block cancer cell invasion.
La progression métastatique des cancers est responsable de 90% des décès liés à la maladie. Cette cascade est initiée par l’invasion des cellules cancéreuses du stroma péritumoral, et conduit à leur dissémination dans l’organisme.Mon travail de thèse a eu pour but d’identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires régulant l’invasion des cancers colorectaux (CRC), qui est le 2ème cancer le plus répandu dans le monde. Grâce à une analyse réalisée sur des échantillons humains de tumeurs primaires, nous avons révélés que les cellules de CRC utilisent un mode d’invasion collective dans lequel elles gardent une architecture glandulaire spécifique des épithelia. Afin d’étudier les voies de signalisation régulant cette invasion, nous avons utilisé des modèles organotypiques récapitulant l’architecture des glandes de CRC (cystes de Caco-2 et tumoroïdes de xénogreffes derivés de patients) dans des tests d’invasion utilisant du collagen-I. Du fait de son rôle central dans la régulation de la motilité cellulaire, la voie des RhoGTPases était un bon candidat à la régulation de l’invasion collective des CRC. Dans un screen utilisant des siRNA ciblant tous les effecteurs connus des RhoGTPases, seule la déplétion des protéines kinases ROCK a déclenché l’invasion collective dans notre système expérimental. Nous avons démontré que l’inhibition de ROCK2 et non de ROCK1 était suffisante pour induire la formation de cellules leader, permettant la polarisation leader/follower requise pour l’invasion collective. Nos résultats montrent que l’inhibition de ROCK2 déclenche l’invasion collective par l’inhibition de MyosinII combinée à l’activation du facteur d’échange nucléotide guanine (GEF), FARP2, et de RAC1. Notre étude permet donc d’identifier FARP2 comme un nouvel effecteur de ROCK2 et le positionne comme un nouveau médiateur du crosstalk entre RhoA et RAC1 dans la régulation de l’invasion collective des CRC. En conclusion, nous avons décrit une nouvelle voie de signalisation dépendante de ROCK2 contrôlant l’invasion collective de glandes de CRC. De façon intéressante, notre étude révèle un rôle anti-invasive de ROCK2 contredisant son rôle pro-invasive décrit dans l’invasion de cellules individuelles. Cela suggère que ROCK2 assure des rôles distincts en fonction du mode d’invasion adopté par les cellules cancéreuses et remet en question le bénéfice thérapeutique de l’inhibition de ROCK proposé pour bloquer l’invasion des cellules cancéreuses.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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